專利名稱：不規(guī)則形狀肉異物檢測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于食品異物無損檢測技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種不規(guī)則形狀肉異物檢測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
食品異物一般性無損檢測技術(shù)，就是在不破壞待測物原來的狀態(tài)、化學性質(zhì)等前提下，為了獲取與待測物的品質(zhì)有關(guān)的內(nèi)容、性質(zhì)或物理成分等所采用的檢查方法。采用無損檢測技術(shù)對食品異物檢測，檢測速度快，適于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的在線檢測和分級。根據(jù)檢測技術(shù)的差異以及被檢測對象的不同，食品異物的檢測方法主要分為三類第一類是食品加工行業(yè)中最常用的磁學金屬檢測方法。第二類是根據(jù)形狀或顏色來檢測松散產(chǎn)品中混合的異物，主要是依靠光學檢測技術(shù)，檢驗只能依據(jù)食品表面特征，檢測對象有局限性。第三類是通過異物和部分穿透食品的電磁光譜的相互作用來發(fā)現(xiàn)混雜在食品中異物的檢測技術(shù)，針對食品中出現(xiàn)的不同異物類型，有不同的檢測技術(shù)。其中，X射線檢測技術(shù)的產(chǎn)品技術(shù)優(yōu)勢主要是圖像處理的實時性好和圖像的檢測精度高。但目前X射線食品異物檢測技術(shù)迫切需要解決的主要問題有食品異物檢測系統(tǒng)關(guān)鍵核心硬軟件設(shè)備需要進口，企業(yè)技術(shù)開發(fā)人員少，形成自主知識產(chǎn)權(quán)的核心專利技術(shù)的設(shè)備少，為占領(lǐng)市場份額只能采用性能低造價便宜的硬軟件設(shè)備。食品異物檢測僅通過X射線單一技術(shù)手段實現(xiàn)，還沒有研究從聲、光、電等技術(shù)角度綜合獲取異物信息，提高檢測精度。肉類食品的不安全因素主要來自生物性、化學性、物理性的污染。物理性的污染對食品來說主要是異物的存在，目前肉類生產(chǎn)企業(yè)大規(guī)模使用機械進行屠宰、加工，對肉本身的自有金屬、骨頭、玻璃等異物不可能做到完全分離；在自動化生產(chǎn)過程中機器零件磨損可能造成掉屑等問題，這些金屬的碎屑不僅影響產(chǎn)品的口味和品質(zhì)，而且含有鉛、貢等多種有害物質(zhì)；另外由于動物本身誤食雜質(zhì)，雜質(zhì)嵌在動物體內(nèi)，在食品生產(chǎn)過程中難以清理。 由于碎屑和雜質(zhì)體積小，很難用肉眼發(fā)現(xiàn)，因此非常容易被消費者誤食，直接威脅消費者健康。現(xiàn)有技術(shù)中，對于規(guī)則形狀的食品，食品X射線的圖像灰度值相近，X射線吸收異物的能量比異物周圍區(qū)域食品吸收多，使得X射線灰度圖像中，異物的灰度值與周圍食品的灰度值差異較大，可精確、快速的檢測到食品異物。而不規(guī)則形狀的食品在X射線下受到厚度差異的影響，不同厚度引起圖像灰度差異，而異物的圖像灰度受到食品形狀的影響，需要采用復雜的圖像算法解決。以及目前的方法對異物在厚度不均勻的肉中檢測非常容易出現(xiàn)誤判
發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提出一種肉異物檢測系統(tǒng)，具體技術(shù)方案如下一種肉異物檢測系統(tǒng)，包括傳送單元、圖像采集單元、圖像處理單元和控制單元； 所述控制單元控制傳送單元、圖像采集單元和圖像處理單元的工作；圖像采集單元對傳送單元上的肉的進行圖像采集，圖像采集單元輸出的圖像信號由圖像處理單元處理；所述圖像采集單元包括激光圖像采集裝置和X射線圖像采集裝置，激光圖像采集裝置和X射線圖像采集裝置分別對傳送單元上同一肉對象進行圖像采集；所述激光圖像采集裝置包括激光器和對稱分布在激光器左右兩側(cè)的兩個激光CCD 相機；激光器投射垂直的線結(jié)構(gòu)光源到被測肉上；兩個激光CCD相機的鏡頭指向光源在被測肉上的投影位置，采集被測肉的激光圖像；所述X射線圖像采集裝置包括X射線發(fā)生器和X射線CXD相機；X射線發(fā)生器和 X射線CCD相機分別設(shè)在被測肉的上、下方，X射線發(fā)生器從被測肉上方豎直向下發(fā)出X射線，X射線CCD相機在被測肉下方采集被測肉的X射線圖像；所述傳送單元在激光圖像采集裝置所在位置以及X射線圖像采集裝置所在位置都設(shè)有觸發(fā)裝置，圖像采集單元和圖像采集單元依此觸發(fā)信號進行圖像采集和處理。按照所述傳送單元上的肉的運動方向，激光圖像采集裝置和X射線圖像采集裝置一前一后分布，激光圖像采集裝置和X射線圖像采集裝置的前后次序任意排列。所述激光C⑶相機是高速千兆網(wǎng)C⑶相機；所述X射線C⑶相機是面陣CXD相機。對激光圖像采集裝置得到的圖像進行處理是，把激光圖像的三維輪廓的高度信息即肉厚度用灰度值來表示，圖像三維降維為二維含有厚度信息的灰度圖像，再基于灰度拼合兩個激光圖像，具體步驟包括1)將激光肉曲線與激光平面參考曲線的梯度差作為肉厚度信息，保存為激光圖像肉厚度曲線；每個激光CCD相機采集的多幀激光肉厚度曲線按采集次序組合為一幅激光圖像；2)將左右兩側(cè)的激光CXD相機采集的兩幅激光圖像都統(tǒng)一到同一個坐標下；3)對于在同一坐標下的左右兩側(cè)的激光CXD相機采集的激光圖像，把二者拼合到一個激光圖像中，形成被測肉完整激光圖像。對被測肉的X射線圖像和完整的激光圖像進行處理是，先通過對標定物進行配準，得到仿射變換參數(shù)后，再用仿射變換參數(shù)將肉圖像進行配準，具體步驟包括1)對采集標定物的X射線圖像和完整的激光圖像進行預處理，抑制圖像噪聲點的干擾2)對完整的激光圖像邊緣修正3)對標定物X射線圖像和完整的激光圖像的特征提取及粗匹配3-1)通過Hessian矩陣求取兩類圖像的特征點候選集合，提取特征點；3-2)對特征點局部特征用向量形式描述；3-3)對兩圖像的特征向量和特征點分別進行兩兩比較，找出相互匹配的若干對特征點，建立兩圖像間的對應(yīng)關(guān)系；4)對標定物X射線圖像和完整的激光圖像的精確配準用互信息表示的相似性測度對兩圖像進行精確配準，通過對完整的激光圖像尋找一個仿射變換即旋轉(zhuǎn)參數(shù)和平移參數(shù)，該仿射變換后對應(yīng)的X射線圖和激光圖像的互信息最大，此時X射線圖像和完整的激光圖像實現(xiàn)精確配準。5)用仿射變換參數(shù)對X射線肉圖像和激光肉圖像進行配準。所述X射線圖像采集裝置包括影像增強器，影像增強器設(shè)置在被測肉和X射線CXD 相機之間。所述激光圖像采集裝置的左右兩側(cè)的激光CCD相機的鏡頭軸線與激光器的線結(jié)構(gòu)光線源所成角度都是30度。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)方案可以實現(xiàn)非接觸式的肉類檢測，也可以擴展到其它食品檢測，適用于自動化生產(chǎn)線。


圖1是本實施例原理示意圖；圖2是本實施例的X射線圖像采集裝置原理示意圖，圖中，X射線發(fā)生器1、被測肉 2、影像增強器3、CXD相機4、計算機5 ；圖3是本實施例的激光圖像采集裝置原理示意圖，圖中，被測肉2、激光器6、左 (XD7、右(XD8、箭頭為被測肉運動方向。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明參考圖1，一種肉異物檢測系統(tǒng)，包括傳送單元、圖像采集單元、圖像處理單元和控制單元；所述控制單元控制傳送單元、圖像采集單元和圖像處理單元的工作；圖像采集單元對傳送單元上的肉的圖像進行采集，圖像采集單元輸出的圖像信號由圖像處理單元處理；所述圖像采集單元包括激光圖像采集裝置和X射線圖像采集裝置，激光圖像采集裝置和X射線圖像采集裝置分別對傳送單元上同一肉進行圖像采集；參考圖3，所述激光圖像采集裝置包括激光器和對稱分布在激光器左右兩邊的兩個CCD相機；激光器投射垂直的線結(jié)構(gòu)光源到被測肉上；兩個CCD相機的鏡頭指向光源在被測肉上的投影位置，采集被測肉的激光圖像；參考圖2，所述X射線圖像采集裝置包括X射線發(fā)生器和CXD相機；X射線發(fā)生器和CCD相機分別設(shè)在被測肉的上、下方，X射線發(fā)生器從被測肉上方豎直向下發(fā)出X射線， CCD相機在被測肉下方采集被測肉的X射線圖像；所述傳送單元在激光圖像采集裝置所在位置以及X射線圖像采集裝置所在位置都設(shè)有觸發(fā)裝置，圖像采集單元和圖像采集單元依此觸發(fā)信號進行圖像采集和處理。本例中，控制單元采用PLC控制系統(tǒng)，圖像處理單元是計算機；傳送單元采用傳送帶裝置，PLC控制系統(tǒng)控制驅(qū)動電機帶動傳送帶的工作，被測肉裝在托盤上，托盤在傳送帶上；觸發(fā)裝置是行程開關(guān)，行程開關(guān)由托盤觸發(fā)，行程開關(guān)的輸出信號傳給PLC，PLC 輸出控制信號給計算機，控制圖像采集單元和計算機對相應(yīng)托盤上的肉進行圖像采集和處理。按照所述傳送單元上的肉的運動方向，激光圖像采集裝置和X射線圖像采集裝置一前一后分布，激光圖像采集裝置和X射線圖像采集裝置的前后次序任意排列(即可以是激光圖像采集裝置在前，也可以是X射線圖像采集裝置在前)，本例中，激光圖像采集裝置在前，X射線圖像采集裝置在后。所述激光圖像采集裝置的CXD相機是高速千兆網(wǎng)CXD相機；所述X射線圖像采集裝置的CXD相機是面陣CXD相機。對激光圖像采集裝置得到的圖像進行處理，步驟包括1)將激光肉曲線(即激光照射在肉表面所成曲線)與激光平面參考曲線(即傳送單元上肉所在位置的平面)的梯度差作為肉厚度信息，保存為激光圖像肉厚度曲線；每個 CCD相機采集的多幀激光肉厚度曲線按采集次序組合為一幅激光圖像；2)將左右CXD相機采集的兩幅激光圖像都統(tǒng)一到同一個坐標下；3)對于在同一坐標下的左右CXD相機采集的激光圖像，把二者拼合到一個激光圖像中，形成被測肉的完整的激光圖像。對被測肉的X射線圖像和完整的激光圖像進行處理，步驟包括1)對采集到的X射線圖像和完整的激光圖像進行預處理，抑制圖像噪聲點的干擾2)對完整的激光圖像邊緣修正:3)X射線圖像和完整的激光圖像的特征提取及粗匹配3-1)通過Hessian矩陣求取兩類圖像的特征點候選集合，提取特征點；3-2)對特征點局部特征用向量形式描述，得到特征向量；3-3)對兩圖像的特征向量和特征點分別進行兩兩比較，找出相互匹配的若干對特征點，建立兩圖像間的對應(yīng)關(guān)系；4)X射線圖像和完整的激光圖像的精確配準用互信息表示的相似性測度對兩圖像進行精確配準，通過對完整的激光圖像尋找一個仿射變換即旋轉(zhuǎn)參數(shù)和平移參數(shù)，該仿射變換對應(yīng)的X射線圖和激光圖像的互信息最大，此時X射線圖像和完整的激光圖像實現(xiàn)精確配準。參考圖2，所述X射線圖像采集裝置包括影像增強器，影像增強器設(shè)置在被測肉和 C⑶相之間。影像增強器可以選用東芝產(chǎn)的E5881J-P1影像增強器。參考圖3，所述激光圖像采集裝置的左右CCD相機的鏡頭軸線與激光器的線結(jié)構(gòu)光線源所成角度都是30度。
權(quán)利要求
1.一種不規(guī)則形狀肉異物檢測系統(tǒng)，其特征是包括傳送單元、圖像采集單元、圖像處理單元和控制單元；所述控制單元控制傳送單元、圖像采集單元和圖像處理單元的工作；圖像采集單元對傳送單元上的肉的進行圖像采集，圖像采集單元輸出的圖像信號由圖像處理單元處理；所述圖像采集單元包括激光圖像采集裝置和X射線圖像采集裝置，激光圖像采集裝置和X射線圖像采集裝置分別對傳送單元上同一肉對象進行圖像采集；所述激光圖像采集裝置包括激光器和對稱分布在激光器左右兩側(cè)的兩個激光CCD相機；激光器投射垂直的線結(jié)構(gòu)光源到被測肉上；兩個激光CCD相機的鏡頭指向光源在被測肉上的投影位置，采集被測肉的激光圖像；所述X射線圖像采集裝置包括X射線發(fā)生器和X射線CXD相機；X射線發(fā)生器和X射線CCD相機分別設(shè)在被測肉的上、下方，X射線發(fā)生器從被測肉上方豎直向下發(fā)出X射線，X 射線CCD相機在被測肉下方采集被測肉的X射線圖像；所述傳送單元在激光圖像采集裝置所在位置以及X射線圖像采集裝置所在位置都設(shè)有觸發(fā)裝置，圖像采集單元和圖像采集單元依此觸發(fā)信號進行圖像采集和處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不規(guī)則形狀肉異物檢測系統(tǒng)，其特征是按照所述傳送單元上的肉的運動方向，激光圖像采集裝置和X射線圖像采集裝置一前一后分布，激光圖像采集裝置和X射線圖像采集裝置的前后次序任意排列。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不規(guī)則形狀肉異物檢測系統(tǒng)，其特征是所述激光CCD相機是高速千兆網(wǎng)CXD相機；所述X射線CXD相機是面陣CXD相機。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不規(guī)則形狀肉異物檢測系統(tǒng)，其特征是對激光圖像采集裝置得到的圖像進行處理是，把激光圖像的三維輪廓的高度信息即肉厚度用灰度值來表示，圖像三維降維為二維含有厚度信息的灰度圖像，再基于灰度拼合兩個激光圖像，具體步驟包括1)將激光肉曲線與激光平面參考曲線的梯度差作為肉厚度信息，保存為激光圖像肉厚度曲線；每個激光CCD相機采集的多幀激光肉厚度曲線按采集次序組合為一幅激光圖像；2)將左右兩側(cè)的激光CCD相機采集的兩幅激光圖像都統(tǒng)一到同一個坐標下；3)對于在同一坐標下的左右兩側(cè)的激光CCD相機采集的激光圖像，把二者拼合到一個激光圖像中，形成被測肉完整激光圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不規(guī)則形狀肉異物檢測系統(tǒng)，其特征是對被測肉的X射線圖像和完整的激光圖像進行處理是，先通過對標定物進行配準，得到仿射變換參數(shù)后，再用仿射變換參數(shù)將肉圖像進行配準，具體步驟包括1)對采集標定物的X射線圖像和完整的激光圖像進行預處理，抑制圖像噪聲點的干擾2)對完整的激光圖像邊緣修正3)對標定物X射線圖像和完整的激光圖像的特征提取及粗匹配3-1)通過Hessian矩陣求取兩類圖像的特征點候選集合，提取特征點；3-2)對特征點局部特征用向量形式描述；3-3)對兩圖像的特征向量和特征點分別進行兩兩比較，找出相互匹配的若干對特征點，建立兩圖像間的對應(yīng)關(guān)系；4)對標定物X射線圖像和完整的激光圖像的精確配準用互信息表示的相似性測度對兩圖像進行精確配準，通過對完整的激光圖像尋找一個仿射變換即旋轉(zhuǎn)參數(shù)和平移參數(shù)，該仿射變換后對應(yīng)的X射線圖和激光圖像的互信息最大，此時X射線圖像和完整的激光圖像實現(xiàn)精確配準。5)用仿射變換參數(shù)對X射線肉圖像和激光肉圖像進行配準。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不規(guī)則形狀肉異物檢測系統(tǒng)，其特征是所述X射線圖像采集裝置包括影像增強器，影像增強器設(shè)置在被測肉和X射線CXD相機之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的不規(guī)則形狀肉異物檢測系統(tǒng)，其特征是所述激光圖像采集裝置的左右兩側(cè)的激光CCD相機的鏡頭軸線與激光器的線結(jié)構(gòu)光線源所成角度都是30度。
全文摘要
一種不規(guī)則形狀肉異物檢測系統(tǒng)，包括傳送單元、圖像采集單元、圖像處理單元和控制單元；所述控制單元控制傳送單元、圖像采集單元和圖像處理單元的工作；圖像采集單元對傳送單元上的肉的進行圖像采集，圖像采集單元輸出的圖像信號由圖像處理單元處理；所述圖像采集單元包括激光圖像采集裝置和X射線圖像采集裝置，激光圖像采集裝置和X射線圖像采集裝置分別對傳送單元上同一肉對象進行圖像采集。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本技術(shù)方案可以實現(xiàn)非接觸式的肉類檢測，也可以擴展到其它食品檢測，適用于自動化生產(chǎn)線。
文檔編號G01N21/94GK102331430SQ20111017075
公開日2012年1月25日 申請日期2011年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月23日
發(fā)明者汪希偉, 洪冠, 緱斌麗, 袁成榮, 趙茂程 申請人:南京林業(yè)大學